【《新能源汽车蓄电池的回收及处理研究》7400字】

汽车蓄电池的分类及使用寿命与性能1.1动力蓄电池的类型在新能源汽车的开发过程中，动力电池是一个十分关键的组成部分，如果不能给动力电池足够的帮助，就会给新能源汽车带来严重的困难。电池是动力电池的重要组成部分。一般来说，电池是清洁电动汽车操作系统的唯一动力来源。磷的产生有很多种类，包括铅蓄电池、镍氢电池、锂电池等等。在应用过程中，电池本身可以储存更多的电力，并促进新能源汽车的搜索过程，以实现更顺畅的启动和驾驶效果。1.2汽车动力蓄电池类型的使用寿命和性能1.2.1动力蓄电池的性能目前常用的或正处在开发阶段的储能蓄电池包括铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池、锂电池。本文以常见的铅酸电池、镍氢电池、锂电池为例进行性能分析，并给出了响应性能参数进行对比。（1）铅酸电池性能在现如今使用的所有电池中，铅酸电池有着最悠久的历史，从人们开始对蓄电池进行研究到今天，已经有了150年的历史，人们在铅酸电池方面的技术发展已经非常成熟。铅酸电池具有价格低廉、材料容易获得、性能稳定、技术成熟度高、能够承受大电流放电功能、适用于各种气候环境、通信和军事部门，为经济的各个部门做出了重大贡献，其地位不言而喻。铅酸蓄电池的充放电过程是由正、负电极产生的化学反应实现的。铅酸蓄电池的电极编码主要是铅粉和2PbSO2，硫酸水溶液用作电解液。反应方程式如下：负极反应：PbSO2+3H++HSO4-→PbSO4+2H2O正极反应：Pb+HSO4-→PbSO4+H++2e-电池反应：Pb+PbSO2+2H-+2HSO4-→2PbSO4+2H2O目前，限制我国铅酸蓄电池行业发展的原因有三个：首先，一些不良的公司，违背了国家的相关法规，擅自、违法地进行了废弃铅酸蓄电池的回收管理，有很多的废弃铅酸蓄电池以非法的方式流入到了回收的渠道之中，这就使得正规的铅酸蓄电池回收公司，在竞争的过程中，变得非常的不利。其次，部分无良厂商私下制造的废旧铅酸蓄电池及废旧铅酸蓄电池，因技术含量低，致使部分质量低劣的蓄电池进入市场，挤压了正常厂商的生存空间，严重影响了国内蓄电池行业的健康发展。最后，部分小型的蓄电池制造公司，因为没有足够的技术与足够的资金，所以在制造过程中，导致了新的电池制造技术没有得到很好的普及与推广，从而制约了整个产业的发展。（2）镍氢电池（Ni/H）性能镍氢电池在我国于1988年左右投入实际应用，并于1990年在全国范围内开始制造与生产。该电池性能优于性能差异较大的铅酸电池，虽然镍氢电池的价格很高，但其因循环效率高、充电速度快、容量大、输出功率高、工作环境宽广等特点，已成为各类混合动力汽车的主流产品。此外，该电池还被广泛应用于电子产品、电力工具、电动自行车等家庭用品中。在电极极片中，可以通过烧结式、拉浆式、泡沫镍式、纤维镍式及嵌渗式等工艺手段来添加活性物质。由于所采用的工艺的差异，电极的含量和电流放电能力都会有很大的差异。根据所用的行业的差异，普通大众所用的电池大多是由拉浆式负极、泡沫镍式正极构成的电池。反应方程式如下：负极反应：N(OH)2+OH-→NOOH+H2O+e-正极反应：M+H2O+e-→MHx+OH-电池反应：M+Ni(OH)2→MHx+NiOOH目前我国的镍氢电池技术已经趋于成熟，国际市场上的流通镍氢电池约为7亿只，其中日本的镍氢电池在世界上的应用领域始终处于领先位置，美、德等国家在镍氢电池的技术方面也有了很大进展。而我国在生产镍氢电池方面具有巨大的潜力，这是由于我国境内该电池的主要原材-稀土金属资源储量巨大，其储量高达全球80%以上。经过几年的科研探索，国内的镍氢电池工艺也已趋于成熟。因为镍氢电池与锌锰电池级、镍电池可以交叉使用，所以，未来的圆形电池的发展以具有一定规格的工业化为主，而方形电池的发展则适合为电动汽车提供能源。（3）锂离子电池性能因为锂电池所携带的保护板，能够准确地对每个电池单体进行监控，所以，锂电池具有低能耗、智能管理、充放电保护、温度控制、过电流及短路保护、锁定自动恢复以及均衡充电等众多优势，从而能够确保电池的使用寿命，能够尽可能地延长其工作时间与寿命。一块带电刷的电池，在同样的电压和容量下，其成本只是一块锂电池的1/4。但笔者相信在未来的一段时间内，随着锂电池技术的日益成熟，其价格将会进一步下降，而且，因为传统生产工艺比较落后，传统的铅酸电池将会因为人工成本的提高而有所改进。此外，在安全问题上，锂电池使用劣质材料时具有较高的储能和稳定性使得它的安全受到了普遍的关注。而日本两家知名电器企业——三洋、索尼，则把锂电池的爆炸概率控制在40ppb之内，大约是十亿分之一。当前，钴酸锂电池、三元材料电池虽然具有质量轻、尺寸小等优势，但难以用于电动汽车的能源供应。在今后的发展中，锂离子电池的主要发展将集中在锰酸锂混合稳定和磷酸铁锂锂离子电池。表1.1几种常用动力蓄电池性能对比蓄电池类型电压/V比能量/（Wh/kg）比功率/（w/kg）体积比能量（wh/L）循环次数/次每月自放电率/20℃价格/(元/kWh）铅酸电池2.030-45150-40060-80300-5004%-5%540镍氢电池1.260-80160-230150-200500-100030%-50%2030-2700锂电池3.2-3.9100-150200-400200-300500-2000<5%3380-40601.2.2动力蓄电池的使用寿命影响因素分析电池本身设计所造成的影响。续航时间的长短，电池本身的设计是内因，用户的使用方式是外因。电池的寿命因设计而异。电池开发商的电池投资成本很大程度上决定了电池质量。在为新能源汽车设计电池的过程中，电池正负极头材料的配比和选择是主要环节，电池正负极材料的不同使得电池性能不同。例如，如果正负电极材料含有额外的磁性材料，这些磁性物质在使用电池之前会留下安全风险。这些磁性试剂会显著降低电池容量密度并显著影响电池寿命。电池制造工艺的影响。在电池的使用寿命方面，除了电池本身的设计，生产时的技术品质也是对电池寿命影响的一个很大因素。在生产时，电池生产商并没有对其进行详细的探讨，导致电池可能出现各种问题。比如电池污泥分布不均匀，导电物质和粘合剂的嵌入聚合分散不充分，影响电子的流动。此外，电池极柱的卷制还要考虑到电池制造工艺水平，充填密度太大或太小，会对电池的性能造成很大的影响，影响其使用寿命。在进行电池通风孔的设计时，一定要进行科学、合理的布局，有些新能源汽车在安装电池时，因为组装方法不正确，导致其他设备堵塞了电池的通风口，在电池运行过程中，热量无法排出，久而久之电池看起来就像是鼓包、褶皱等一系列缺陷，严重降低电池寿命。（3）电池使用和环境影响。当操作方法及其所处的环境是构成电池寿命的重要外部因素时。电池的寿命是由电池的使用状况来决定的，而电池的使用环境又会对电池的寿命产生直接的影响。根据相关数据得知，我国新能源车失效故障以蓄电池问题为主，而蓄电池失效的最主要原因是不合理的使用，缺少对蓄电池的维修与保养。1.3废旧动力蓄电池对环境和人体的污染和危害1.3.1废旧动力蓄电池对环境的污染和危害动力蓄电池处理不当，危害也很大。它不仅破坏环境，还会引起人体中毒，对人体健康造成严重影响。随心所欲地将电池丢弃在土壤中，电池随着时间的推移而腐烂，污染了与一个人一生用水量相对应的水体，它可以使一平方米被污染且难以清洁的土壤恢复原状。中国的电池产量和消费量都很高。如果中国每个人一年扔2块电池，这些电池可以污染超过1.5亿杯水，相当于中国西湖水总体积的10倍，还可以导致2600(k)的国家失去使用价值。电池和普通碎片一起埋在地下一段时间，电池内部的物质，如重金属元素、化合物、盐类等有害物质，消失在土壤中，先污染地下水，再污染植物、牲畜、鱼虾，破坏地球生物的栖息地，对人体健康造成永久性伤害。1.3.2废旧动力蓄电池对人体的危害电池中含有的对人体危害最大的元素有:汞、锉、铅、伐木、镍。本质上是水银，我们通常称之为‘水银’。大部分的汞中毒都是慢性的，大量的汞蒸气和汞化合物进入到人体内，就会引起神经紊乱、牙龈发炎、头疼、发抖等症状。急性水银中毒会引起发热，头痛，恶心，呕吐，精神失常等症状。更严重的是肾衰竭这种危及生命的原因。鹤嘴锄通过饮用水或吸入煤烟这种伐木元素进入人体，很快出现中毒症状，与急性肠胃炎相似，还会出现恶心、呕吐、腹痛腹泻、全身无力，甚至还会导致肾病，引起骨质疏松和骨折。铅进入人体后，越积越多，难以代谢和分泌，会引起贫血症，引起神经失调，影响肾脏和生育能力。镍具有致癌性，对水生生物具有显著的毒害作用；锂中毒危及心脏，通常会导致心律不齐、循环系统问题和肾脏疾病，如肾衰竭。2汽车动力蓄电池的回收利用和流通管理2.1怎样做好汽车动力废旧电池的回收利用2.1.1湿法回收经研究发现，电池中的金属和金属化合物都可以溶解在酸性溶液中，以此可以利用湿法冶炼来回收废旧电池并加以利用。在化工产品的生产之中，这种方法应用得十分广泛。湿法回收是通过硫酸浸泡电池，让其中可溶性金属溶解于硫酸溶液中，然后再从硫酸盐溶液中电解出重金属。巴西的科学家建议，锌锰电池应该被分解、压碎和溶解，方法是用水清洗电池内部的氢氧化钾，然后进行浸出，将锌和锰冲洗出来。中国有关科学家也开发了一种用氨浸出去除重金属的锌锰电池，但这种小规模处理方式更好，对于大规模和工业化处理还有许多问题需要解决。2.1.2干法回收干法回收技术，俗称火法或烟法，先将电池过筛，然后在600~800℃的高温下烘烤，使电池中的金属经过一系列化学反应，最终蒸发，然后冷凝。采用这种方法，成本通常高于湿法。首先要将废弃的电池研磨成粉末，再将其放在炉子里加热，使其挥发出金属汞，继续提升温度，将金属锌也挥发出来并进行回收。铁和锰融进行合成合而成为锰钢合金，这是炼钢所需的材料。该回收过程涉及到了空气，而且会造成很大的空气污染。干法回收是利用不同金属氧化物熔沸点不同的原理，通过不同的温度进行高温加热，依次逐渐分离出来，从而实现分离回收的目的。根据我国科学家的研究发现，150mmHg真空度下，通过控制不同温度可以对汞和锌进行冷凝蒸出，以此来实现分离回收。但是其中缺陷是无法大批量地处理回收，因为采用这种办法分离回收锌锰电池时，电池中的碳棒及有机杂质会受到影响，从而让回收工作变得相当困难。2.1.3其它方法首先，废旧电池被用于建筑材料。这样做的好处是，它能在很短的时间里对许多废弃的电池进行处理，并且通过废旧电池与混凝土混合处理不仅可以处理大量的废旧电池，还可以节省一些砂石材料，但是这种处理方法并不合理，废旧电池的资源没有得到充分利用。锌锰电池也可以用氧化锰细菌处理。将废电池的碳芯与还原剂一起放入酸性水中，加入藻带微生物溶液和锰的氧化菌。在1-3天的浸出后，二氧化锰的黑色沉淀被除去，并可用于电池的生产。这种处理方法可以更好的还原二氧化锰。但这种方法的缺点是回收处理时间长，只能回收二氧化锰，其他元素无法回收，有一定的局限性。2.2汽车动力蓄电池稀有金属的提炼2.2.1化学浸出法当前，化学浸出法是一种具有良好应用前景的一种回收方法，该回收方式是通过一定的溶剂比例，将电池的正负极材料中的一种或几种进行浸出，以获得含有有价值金属离子的浸提液，然后处理浸提液，从而达到了回收稀有金属的目的。首先，采用碱浸-酸浸和直接酸浸两种方式，前者采用双氧水作为催化剂，促进铝的溶出，同时，由于电解液中存在三价铝离子，因此，在循环利用中，通常不会对铝进行充分的循环利用，导致资源浪费；后者采用碱性处理，如氢氧化钠等。将铝溶出，采用pH值等手段，将其转化为氢氧化铝，然后，采用与前者相同的工艺，既可以实现铝的循环利用，又可以避免铝离子对后续工艺的影响，但是，其成本比前者要高一些。目前，国内外主要采用离子交换、溶剂萃取、电化学、化学沉淀和盐析法等多种方法对淋滤液进行了处理。每一种方式都有各自的优缺点，我们将在下文中对它们进行更多的描述。常规的化学淋洗方法具有操作简便、费用低、高效、无污染等优点，但其操作条件比较苛刻、处理量不大等缺点。2.2.2溶剂萃取法溶剂萃取法是当前最常用的一种技术，其基本原理为：先利用有机溶剂与浸出液中靶离子形成稳定的复合物，再利用适当的有机溶剂对其进行分离，从而得到靶金属及其化合物。其中，最常见的萃取试剂是Cyanex272、AcorgaM5640、P507、D2EHPA、PC-88A等。从总体上看，溶剂提取技术有条件、分离效率高等优势，目前，酸浸液提取技术已成为废弃锂电池回收利用的主要方法。然而，其能耗高，清洗过程复杂，提取器的选择和提取条件的优化仍然是该领域研究的核心，以实现更高效、环保和可回收的结果。2.2.3化学沉淀法化学沉淀法指的是在对废新能源电池进行预处理后，通过溶解、酸溶后，获得钴、锂离子溶液，并添加沉淀剂，使主要目标金属钴、锂等进行沉淀，通常的沉淀方法是：在进行了初步除杂后，先将钴元素沉淀后，再对酸碱度进行调整，使锂、铝沉淀下来，从而实现金属的分离。对钴、锂进行了回收处理，回收率均为99%以上。化学沉淀方法具有处理容量大、回收率高等优点，而通过调控pH值，可获得高回收率、易产业化的特点，但该方法存在操作难度大、对操作精度要求高、对pH值要求高等缺点。因此，筛选出具有较高选择性的析出产物，并通过对析出过程中有价金属离子的析出次序进行调控，从而实现产物纯度的提升。2.2.4生物浸出法随着科技的发展，生物冶金技术具有高效、环保、低成本的优势，有着更好的发展趋势和应用前景。生物浸出是细菌氧化，将金属作为一种离子加入到一种溶液中。目前，生物浸出法已被广泛应用于劣质矿石及尾矿的治理，而最常见且应用最广的就是用于处理劣质铜硫。近年来，一些科学家研究了使用生物浸出方法来冲洗有价值的金属，以废弃新能源电池。然而，在生物浸出电极材料中使用酸性碘油是当前浸出系统中相对较新的方法，其具有低能耗和基本污染的优点——然而，这种方法也存在有效菌株的选择、培育时间较长，试验条件较复杂等。另外，该处理方法的主要金属（如钴，锂等）的浸出得率也有所提高。相对来说，生产规模较小，存在着一些限制。3回收提炼动力蓄电池的安全措施3.1报废动力电池的拆卸从废旧电动汽车中再循环利用锂电池，保护安全和保护环境是拆解阶段的关键。各大汽车制造商都在安全防护和拆解设备制作的电动汽车维修手册中规定，拆除时员工要穿戴包括使用高电压手套、绝缘鞋、护目镜、绝缘帽和绝缘工具来拆除高电压电池。为保证工作人员的人身安全，在没有接受过高电压安全训练的情况下，禁止使用高电压电源。在对高压蓄电池放电之前，必须将警告信号放置在地面或车辆附近的可见位置，检查高压蓄电池是否泄漏和损坏，并确保车钥匙处于锁止档位。断开12V电源；当高压部件已经打开或插头已经拔出时，用多功能表测量，指示电压低于36V，然后才能进行下一步操作。其拆解过程为：将汽车抬起，拆掉包覆在电池上的保护盖；然后拆卸电池组接头，拆卸电池粘合板和一些螺栓，将电池仓置于底部，拆下剩余的螺栓，取出电池。3.2报废动力电池的运输锂电池报废的危险相对较大，特别是在运输途中。由于电池之间的碰撞和挤压，会使其外壳破损，电解质渗漏，从而影响到周围的环境，对人的生命安全带来了极大的威胁。此外，如果运输遇到压缩和冲击，正负柱连接短路，存在着爆炸和火灾等危险，造成了很大的安全隐患。在运送废旧起爆电池时，要在远离太阳的地方，且周围的温度不能超过40℃，避免碰撞冲击损坏电动电池外壳；蓄电池的正、负两端必须做绝缘处理，以避免电池工作时外部短路。如果电池外壳损坏，需要将其存放在专门的容器中，然后进行运输，而对于处于极高风险状态的电动锂离子电池，如何正确处置和处理，以及使用什么样的运输套件，仍然没有等效的标准。3.3报废动力电池的存储报废的电动电池在储存时也会产生热量，储存不当可能造成电池外壳破损，电解质泄露，严重自燃和爆炸等安全隐患。《建筑设计防火规范》中明确规定，蓄电池贮存地必须达到C-Level二级以上的消防安全级别，并且必须具有防水、防雨、密闭、防爆等功能。同时，为锂离子电池厂房、仓库等建筑而设计的消防系统，能够在第一时间处理锂离子电池的火灾，防止火势蔓延，减少损失，保障人身安全。4总结电池回收再利用过程中的安全隐患不容忽视，电能和化学能的异常释放会造成极大的危害，需要做好相应的安全防护，如果设计不当或处